(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に少なくとも部分的に樹脂層を形成し、転写領域内に所望の転写パターンを有するモールドを前記樹脂層に押圧して、前記転写パターンを前記樹脂層に転写するナノインプリントパターン形成方法において、
前記樹脂層を形成する前に、
少なくともその一部が前記モールドの転写パターンが転写される前記基材の領域内に設けられ、前記基材の該領域内から該領域外に実質的につながる溝構造を、
前記基材に設け、
前記モールドを前記基材上の前記樹脂層に押圧する際に、
余剰となる樹脂を、前記溝構造を通じて前記モールドの転写パターンが転写される前記基材の領域内から該領域外に導くことを特徴とするナノインプリントパターン形成方法。
【請求項２】
前記溝構造が、前記モールドを前記基材上の前記樹脂層に押圧した状態において、前記モールドの外周部分の少なくとも対向する２箇所で開放されるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントパターン形成方法。
【請求項３】
前記溝構造が、並列して配設されていることを特徴とする請求項２に記載のナノインプリントパターン形成方法。
【請求項４】
前記樹脂が、紫外線硬化樹脂であり、前記モールドおよび／または前記基材が、紫外線透過性の材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のナノインプリントパターン形成方法。
【請求項５】
基材上に少なくとも部分的に樹脂層を形成し、転写領域内に所望の転写パターンを有するモールドを前記樹脂層に押圧して、前記転写パターンを前記樹脂層に転写するナノインプリントパターン形成に用いられる基材において、
前記基材が、
少なくともその一部が前記モールドの転写パターンが転写される前記基材の領域内に設けられ、前記基材の該領域内から該領域外に実質的につながる溝構造を、
有することを特徴とするナノインプリントパターン形成用基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリントパターン形成方法に関し、さらに詳しくは、ディスプレイや光学部材の製造に有用な、ナノインプリントパターン形成方法およびそれに用いられる基材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細加工技術としては、写真製版技術から発展した半導体リソグラフィー技術が工業的に使われている。しかし、この半導体リソグラフィー技術は、製造装置等が高価なため、現実の工業的生産においては、半導体製造等、経済的に見合う用途に限定されてしまい、光学部材製造等の他の用途に対しては、より安価な加工技術が求められているのが実情である。
【０００３】
また、半導体製造の用途においても、現在の半導体リソグラフィー技術の延長では、光学的な解像度の限界のため、さらなる微細化の要求に応じることは困難である。
それゆえ、近年、別の微細加工技術として、可塑性の樹脂をモールドで押圧等して、所望の微細なパターンを転写成型するナノインプリント技術が注目を集めている。
【０００４】
上述のナノインプリント技術には、熱可塑性樹脂を用いる熱ナノインプリント技術と、光硬化性樹脂を用いる光ナノインプリント技術の２種がある（特許文献１、２）。
熱ナノインプリント技術は、熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上に加熱した状態で、モールドを押圧することによりインプリントし、冷却後にモールドを離型して、パターンを転写成型する技術である。モールド、基材ともに材料の選択性が広いという長所がある。
【０００５】
一方、光ナノインプリントは、光硬化性樹脂にモールドを押圧した状態で光を照射して光硬化させることによりパターンを転写成型する技術である。高温加熱を必要としないが、モールドもしくは基材は光に対し、透明である必要がある。実用的には、光としては紫外線を用いる。
【０００６】
ナノインプリント技術を用いたパターン形成においては、モールド表面に設けられた三次元構造の転写パターンに応じて、階段状や半球状の構造体であっても、容易に、かつ大量に転写成型可能なため、特に、ディスプレイや光学部材の製造に有用である。
【０００７】
上述のナノインプリント用モールドとしては、主に、半導体リソグラフィー技術を用いて、石英やシリコンからなる基板を加工した高価なモールドが使われている。
しかし、上述のモールドの大きさは、現状、６インチ角程度以下であり、大面積に所望のパターンを転写成型するためには、所定の転写領域に、前記モールドの転写面積に応じた大きさでインプリントして、その後次の領域へ移動し、そこでまたインプリントするという工程を繰り返す必要がある（特許文献３）。
【０００８】
ただし、樹脂層を形成した基材にモールドを押圧すると、転写パターンの凹凸を埋め尽くした余剰の樹脂は、基材とモールドとの隙間から漏出することになり、この余剰の樹脂が漏出した領域は、転写成型をすることができない無駄な領域となる。
【０００９】
特に、上述のようにモールドの転写面積に応じた大きさでインプリントして、その後次の領域へ移動し、そこでまたインプリントするという工程を繰り返す場合には、基材上に前述の無駄な領域が多く発生し、効率的な生産を妨げるという問題が生じることになる。
【００１０】
そこで、この余剰の樹脂を極力減らすために、モールドに形成された転写パターンの体積密度に応じて、インクジェットによりインプリントに必要十分な量の樹脂を、基材上の所定の箇所に吐出配設する方法が提案されている。
【００１１】
また、別の方法として、モールドに、転写パターンとは別に余剰な樹脂を吸収するためのダミー溝を形成する方法が提案されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５７７２９０５号公報
【特許文献２】特表２００２−５３９６０４号公報
【特許文献３】特表２００５−５０８０７５号公報
【特許文献４】特開２００８−９１７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、インクジェットにより所定量の樹脂を吐出配設する方法で、ナノインプリントにおける転写パターンの体積密度に応じるためには、ピコリットルオーダーの吐出制御が求められ、複雑な機構を必要とし、また制御自体も困難である。さらに、吐出すべき樹脂量が不足した場合には、その箇所の転写が不良となるばかりでなく、モールドと基材が直接接触して、モールドに欠陥を生じさせる危険があることから、吐出する樹脂量は目標値より多めに設定せざるを得ないことになる。それゆえ原則的に、この方法では、余剰の樹脂の漏出を防ぐことはできない。
【００１４】
また、モールドにダミー溝を形成する方法では、転写領域にダミー溝を形成することはできず、その形成領域はダイシング領域等に限定されるが、ダミー溝の大きさが転写パターンの凹凸と同程度の大きさでは、この限定領域だけで余剰な樹脂を全て吸収するという効果は、あまり期待できないことになる。
一方、ダミー溝の大きさが、転写パターンの凹凸に比べ、桁違いの大きさ（例えば１００〜１０００倍）では、転写パターンと同じプロセスでダミー溝を形成することは困難となり、別途、高価なモールドに、ダミー溝形成のプロセスを要することになる。
【００１５】
また、ダミー溝に吸収された樹脂を転写成型時に硬化させる場合は、モールドを離型すると、基材上に、ダミー溝形状に相当する転写された樹脂構造体が形成されることになる。このような不要な構造体は異物発生の原因と成り易い。
【００１６】
さらに、ダミー溝に吸収された樹脂が、基材上に転写されずに、モールド側のダミー溝に付着残留してしまう恐れもあり、この場合は、モールドを洗浄等して残留樹脂を除去しない限り、ダミー溝の効果は得られず、この残留欠陥に気付かずに、この欠陥モールドを用いて転写した場合は全て、余剰樹脂の漏出による不良を抱えることになる。
【００１７】
一方、ダミー溝に吸収された樹脂を硬化させない場合は、流動性を有したままの樹脂がダミー溝に残り易く、モールド離型後の工程で、ダミー溝に残留していた樹脂が漏出して、基材やモールド、および転写装置を汚染してしまうことや、転写パターンを不良にしてしまう恐れがある。
【００１８】
したがって、未だ効果的な解決方法は見出されておらず、余剰な樹脂の漏出を制御する方法が求められているのが現状である。
【００１９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、転写装置に複雑な制御機構を必要とせず、また、樹脂残留によりモールド欠陥を引き起こす原因となるダミー溝をモールドに形成せずに、余剰の樹脂の漏出を制御することができるナノインプリントパターン形成方法およびそれに用いられる基材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者は、種々研究した結果、ナノインプリントパターン形成において、モールドの転写領域内から転写領域外に実質的につながる溝構造を、基材側に設けることにより、上記課題を解決できることを見出して本発明を完成したものである。
【００２１】
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、基材上に少なくとも部分的に樹脂層を形成し、転写領域内に所望の転写パターンを有するモールドを前記樹脂層に押圧して、前記転写パターンを前記樹脂層に転写するナノインプリントパターン形成方法において、前記樹脂層を形成する前に、少なくともその一部が前記モールドの転写パターンが転写される前記基材の領域内に設けられ、前記基材の該領域内から該領域外に実質的につながる溝構造を、前記基材に設け、前記モールドを前記基材上の前記樹脂層に押圧する際に、余剰となる樹脂を、前記溝構造を通じて前記モールドの転写パターンが転写される前記基材の領域内から該領域外に導くことを特徴とするナノインプリントパターン形成方法である。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記溝構造が、前記モールドを前記基材上の前記樹脂層に押圧した状態において、前記モールドの外周部分の少なくとも対向する２箇所で開放されるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントパターン形成方法である。
【００２３】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記溝構造が、並列して配設されていることを特徴とする請求項２に記載のナノインプリントパターン形成方法である。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記樹脂が、紫外線硬化樹脂であり、前記モールドおよび／または前記基材が、紫外線透過性の材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のナノインプリントパターン形成方法である。
【００２５】
また、本発明の請求項５に係る発明は、基材上に少なくとも部分的に樹脂層を形成し、転写領域内に所望の転写パターンを有するモールドを前記樹脂層に押圧して、前記転写パターンを前記樹脂層に転写するナノインプリントパターン形成に用いられる基材において、前記基材が、少なくともその一部が前記モールドの転写パターンが転写される前記基材の領域内に設けられ、前記基材の該領域内から該領域外に実質的につながる溝構造を、有することを特徴とするナノインプリントパターン形成用基材である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、モールドの転写領域内から転写領域外に実質的につながる溝構造が、基材に設けられているため、モールド側に特別な加工を施さずに、余剰な樹脂の漏出を制御することが可能となる。
【００２７】
また、基材に溝構造を設けることにより、溝構造の容積に相当する量の樹脂が溝構造に吸収されるため、漏出する余剰の樹脂の全体量を削減させることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るナノインプリントパターン形成方法の一例を示す模式的工程図である。
【図２】本発明に係るナノインプリントパターン形成用基材の一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ箇所で切断した断面図である。
【図３】本発明に係るナノインプリントパターン形成方法における余剰樹脂の漏出状態を示す模式的拡大図である。
【図４】本発明に係るナノインプリントパターン形成方法による転写例を示す説明図である。
【図５】従来のナノインプリントパターン形成方法による転写例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るナノインプリントパターン形成方法について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、基材１には、モールド４の転写領域内から転写領域外に実質的につながる溝構造２が設けられている。
ここで、溝構造２は樹脂３の流動方向を制御するために設けられるものであり、その作用として、樹脂３をモールド４の転写領域内から転写領域外に所望のとおりに導くことができれば足りるものである。
例えば、転写領域内から転写領域外に至る途中で溝構造が途切れている場合であっても、その先に別途溝構造が設けられていて、結果的に余剰の樹脂を、モールドの転写領域内から転写領域外に所望のとおりに導くことができる構造であれば、当該溝構造２は転写領域内から転写領域外に実質的につながる溝構造である。
図２の例においては、溝構造２は、図２（ａ）に示す基材１の上下方向に断面凹状の溝が並列して、基材１の一方の端部から他方の端部に至るような形態で形成されている。なお、基材４の溝構造２が設けられた領域は、モールド４の転写領域よりも大きい。図１の例においては、モールド４の転写領域は、転写パターン５が設けられているモールド４の表面全体に相当する。
【００３０】
基材１の材料は、ナノインプリントに適用可能なものであれば用いることができ、例えば、シリコン、石英、ガラス、その他の無機および有機材料からなる基材を用いることができる。なお、ディスプレイ製品や光学部材の製造においては、透明な基材であることが好ましく、例えば、石英基板、ガラス基板などの透明無機基材、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン共重合体樹脂などの透明有機基材が好ましい。
【００３１】
また、光ナノインプリント法によるナノインプリントパターン形成を行う場合においては、例えば、石英基板や環状オレフィン共重合体樹脂などの透明有機基材のように、紫外線透過性の材料からなる基材を用いれば、基材下面側から紫外線を照射して樹脂を硬化させることもできる。
【００３２】
基材１の形態は、特に限定されず、角板状、円板状の他に、巻取り可能なフィルム状であってもよい。ディスプレイ製品や光学部材の製造においては、大面積化や低コスト化に向く、ロール・ツー・ロール方式に適した巻取り可能なフィルム状であることが好ましい。
【００３３】
溝構造２は、樹脂３の流動方向を制御するためのものであり、その形態は特には限定されず、例えば、溝構造２の断面形状は、図２（ｂ）に示すような矩形のみならず、台形、Ｖ字型、Ｕ字型、半球状などであってもよい。また、溝構造２を上から見た形状も、図２（ａ）に示すような直線状のみならず、曲線状、波線状、螺旋状などであってもよい。さらには、転写領域内から転写領域外に至る途中で複数の溝に分岐するような形状であってもよく、逆に複数の溝が集約するような形状であってもよい。
【００３４】
また、溝構造２は、転写領域内から転写領域外に至る途中で断面積の異なる部位を有していてもよく、例えば、所定の箇所に、他の部位よりも容積の大きい構造の部位を設けることも可能である。また、モールド４の転写領域内から転写領域外に向かうにつれ、断面の大きさが異なるようにしたり、断面形状が変化したりするようにしてもよい。
【００３５】
溝構造２の大きさは、モールド４を押圧してナノインプリントパターン７を形成する際に、樹脂３をモールド４の転写パターン５に充填することを妨げない大きさであればよく、転写パターン５の形状や容積、樹脂３の粘性、モールド４の押圧方法や圧力等により決められるものである。
【００３６】
溝構造２の配設は、複数の溝を並列させる形態の他に、交差させる形態や、放射状に配設する形態とすることもできる。
【００３７】
溝構造２の形成方法は、基材１を加工できる方法であれば、特に限定されず、公知の各種加工技術を用いることができる。例えば、ウェットエッチングや、ドライエッチング、機械的切削、レーザー加工、サンドブラスト加工などを適宜用いることができる。
本発明においては、ラビング装置等を用いた機械的加工により、直線状の溝を複数並列配設する形成方法が、高速、低コストの点から好ましい。
【００３８】
次に、図１（ｂ）に示すように、転写パターン５が基材１の所定の位置にインプリントされるようにモールド４を配置して、基材１上に少なくとも部分的に樹脂３からなる樹脂層を形成する。図１の例においては、モールド４の対向する左右の２辺が、溝構造２の流れ方向に平行になるように配置する。
【００３９】
モールド４は、ナノインプリントに適用可能なものであれば用いることができ、例えば、シリコン、石英、ガラス、その他の無機および有機材料からなるモールドを用いることができる。光ナノインプリントにおいては、紫外線透過性を有するモールド、例えば石英基板や、環状オレフィン共重合体樹脂などの透明有機材料からなるモールドを用いることが好ましい。ただし、使用する樹脂３に侵されることによって、モールド４の転写パターン５の形状が変化してしまわないように、使用する樹脂３に応じて適切に材料を選択する必要がある。
【００４０】
樹脂３は、熱や外力などが加えられると変形する性質をもつ樹脂であって、ナノインプリントに適用可能なものであれば用いることができるが、紫外線の照射によって架橋反応を起こして硬化する紫外線硬化樹脂であることが、高温過熱などの処理を必要としない点から、好ましい。
【００４１】
紫外線硬化樹脂とは、紫外線を照射されることにより架橋反応を起こして硬化する樹脂のことであり、光ナノインプリント用として、一般に知られている各種の紫外線硬化樹脂を用いることができる。また、紫外線硬化樹脂は、複数の異なる種類の樹脂からなる混合物であっても良い。
【００４２】
例えば、光重合性官能基を有するオリゴマーとしては、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート等のアクリレート系樹脂およびそれらの組み合わせを用いることができる。このほか、必要に応じて、光重合性官能基を有する単官能または多官能のモノマー、光重合開始剤、重合禁止剤、離型剤等を配合することができる。
【００４３】
基材１上に樹脂３からなる層を少なくとも部分的に形成する方法は、滴下の他に、インクジェット法、スピンコート法、ダイコート法などを用いることができる。
【００４４】
次に、図１（ｃ）に示すように、モールド４を所定の圧力で押圧し、転写領域８にある全ての転写パターン５に樹脂３を充填させて、紫外線６の照射等により樹脂３を硬化させる。
なお、樹脂３を硬化させる方法は、使用する樹脂３に応じて、紫外線以外の電磁波の照射や、加熱、若しくは電磁波照射と加熱を併用する方法であっても良い。
【００４５】
その後、図１（ｄ）に示すように、モールド４を離型して、樹脂３が硬化したナノインプリントパターン７を得る。
【００４６】
本発明によれば、余剰の樹脂の漏出は溝構造２によって溝の流れ方向に導かれるため、溝の流れ方向に垂直な方向の漏出は削減されることになる。また、溝構造２の容積に相当する量の樹脂が溝構造２に吸収されるため、漏出する余剰の樹脂の全体量も削減されることになる。
【００４７】
さらに、基材１に溝構造２を設けることにより、樹脂３と接する基材１の表面積も大きくなるため、全体として基材１と樹脂３との間の相互作用の力が増すことになり、基材１と樹脂３との密着性も向上することが期待される。これにより、転写後のモールド離型の際に、樹脂３がモールド４側に付着して基材１側から剥がれてしまうという現象も軽減されることが期待できる。
【００４８】
本発明における余剰樹脂の漏出状態を、模式的に図３に示す。漏出した樹脂３の断面形状は、円を四分割したような形状となっており、漏出した樹脂３の高さと漏出幅は、ほぼ同じ寸法である。本発明によれば、例えば所定の条件において、漏出樹脂の高さ（Ｈ）および幅（Ｘ）を、いずれも従来の１／１０００レベルに低減することができる。
【００４９】
そして、本発明のように、余剰な樹脂の漏出を制御することが可能となれば、転写成型をすることができない無駄な領域を特定の方向や、所定の箇所に集約することができ、他の領域を有効に活用できるため、より効率的な生産が可能となる。
【００５０】
例えば、基材表面を上から見た場合に、上下方向に直線状の溝構造が設けられている場合には、余剰な樹脂の漏出を、上下方向に導くことができ、左右方向の漏出量を小さくすることができる。
【００５１】
上記について、図４および図５を用いて、より具体的に説明すると、巻取り可能なフィルム状の基材１に、矩形の転写領域８を有するモールド４を用いてナノインプリントパターン形成を行う場合、従来の方法では、図５に示すように、余剰の樹脂が漏出する領域を確保する必要があるため、転写領域８が密接するようにナノインプリントパターン形成をすることはできず、生産性は劣ることになるが、本発明によれば、図４に示すように、各転写領域８の間の無駄な領域を省いて、効率的な生産が可能となる。
【実施例】
【００５２】
次に実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
基材として、環状オレフィン共重合体であるＺＥＯＮＯＲ（登録商標）フィルムＺＦ１４（日本ゼオン株式会社製、フィルム厚１００μｍ）を用い、このフィルムの表面に、ラビング装置を用いて、幅１５００ｎｍ、深さ５００ｎｍの溝を、３０００ｎｍの間隔で一方向に並列するように形成した。この後、前記溝構造を形成したフィルムを、溝の流れ方向に平行な辺を持つように８０ｍｍ角に切断し、表面全面に前記の溝構造を有する基材を得た。
【００５４】
一方、モールドとして、転写パターンを有する表面の大きさが５０ｍｍ角の石英モールドを用意した。この石英モールドの表面中央４０ｍｍ角の領域には、転写パターンとして、幅３００ｎｍ、深さ１００ｎｍのホールパターンを、６００ｎｍ間隔でアレイ状に形成した。
【００５５】
次に、樹脂として紫外線硬化樹脂であるＰＡＫ−０１−５００を用い、この樹脂を基材の表面中央に２ｍＬ滴下した後、モールドの一辺と基材に形成した溝構造の流れ方向とが平行になるようにモールドを配置して、モールドの転写パターン面を基材に接触させ、０．５ＭＰａの圧力でモールドを押圧し、樹脂が転写パターン面全域に広がった後さらに３分間保持し、その後、波長３６５ｎｍの紫外線を、１００ｍＪ／ｃｍ2の条件でモールド側から照射し、樹脂を硬化させた後、モールドを離型した。基材表面には、モールド表面に形成した転写パターンとは凹凸が反転した雌雄関係となる樹脂パターンが形成されていることが確認された。
【００５６】
次に、基材とモールドとの隙間から漏出した余剰樹脂について、計測および観察を行った。計測および観察は、押圧したモールドの辺の中央付近の余剰樹脂とした。
溝構造の流れ方向に対して垂直の方向に漏出した樹脂について、高さを原子間力顕微鏡（ＳＩＩナノテクノロジー社製）で計測したところ５８０ｎｍであった。また、電子顕微鏡を用いて前記漏出樹脂の断面形状を観察したところ、円を四分割したような形状となっており、高さと漏出幅がほぼ同じ寸法であった。それゆえ、前記漏出樹脂の漏出幅は概ね５８０ｎｍ程度と推定した。
【００５７】
（比較例１）
基材に溝構造を形成しないこと以外は、実施例１と同様にしてナノインプリントパターン形成を実施した。基材表面には、モールド表面に形成した転写パターンとは凹凸が反転した雌雄関係となる樹脂パターンが形成されていることが確認された。
【００５８】
次に、基材とモールドとの隙間から漏出した余剰樹脂について、計測および観察を行った。計測および観察は、押圧したモールドの辺の中央付近の余剰樹脂とした。
漏出した樹脂について、高さを段差測定器（ＫＬＡテンコール社製Ｐ−１５）で計測したところ、平均値１８１μｍであった。なお、比較例１の漏出樹脂の高さは、２００μｍレベルと大きいため、実施例１で使用した原子間力顕微鏡による計測は適さず、上述の段差測定器を使用したものである。
比較例１における漏出樹脂の断面形状も、円を四分割したような形状となっており、高さと漏出幅がほぼ同じ寸法であるため、樹脂の漏出幅は概ね１８０μｍ程度と推定した。
【００５９】
上述のように、本発明に係るナノインプリントパターン形成方法を用いた実施例１においては、所定箇所の樹脂の漏出幅は概ね５８０ｎｍ程度であり、１８０μｍレベルである比較例１の漏出幅に比べ、約３／１０００にまで低減できることが確認された。
【符号の説明】
【００６０】
１      基材
２      溝構造
３      樹脂
４      モールド
５      転写パターン
６      紫外線
７      ナノインプリントパターン
８      転写領域
【図１】
0005499553.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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